Acciones de la corriente eléctrica: térmica, química, magnética, lumínica y mecánica
La corriente eléctrica en un circuito siempre se manifiesta a través de algún tipo de acción. Esto puede ser tanto el funcionamiento con una determinada carga como el efecto concomitante de la corriente. Así, por la acción de la corriente se puede juzgar su presencia o ausencia en un determinado circuito: si la carga está funcionando, hay corriente. Si se observa un fenómeno típico que acompaña a la corriente, hay corriente en el circuito, etc.
En principio, la corriente eléctrica es capaz de provocar diferentes acciones: térmicas, químicas, magnéticas (electromagnéticas), lumínicas o mecánicas, y con frecuencia ocurren simultáneamente diferentes tipos de acciones de corriente. Estos fenómenos y acciones actuales serán discutidos en este artículo.
Efecto térmico de la corriente eléctrica.
Cuando la corriente continua o alterna fluye a través de un cable, el cable se calienta. Dichos hilos calefactores en diferentes condiciones y aplicaciones pueden ser: metales, electrolitos, plasma, metales fundidos, semiconductores, semimetales.
En el caso más simple, si, por ejemplo, pasa una corriente eléctrica a través de un alambre de nicrom, se calentará. Este fenómeno se utiliza en dispositivos de calefacción: en hervidores eléctricos, en calderas, en calentadores, estufas eléctricas, etc. En la soldadura por arco eléctrico, la temperatura del arco eléctrico suele alcanzar los 7000 °C, y el metal se funde fácilmente, esto también es efecto del calor de la corriente.
La cantidad de calor liberado en la sección del circuito depende del voltaje aplicado a esta sección, el valor de la corriente que fluye y el tiempo de su flujo (La ley de Joule-Lenz).
Una vez que haya convertido la ley de Ohm para una sección del circuito, puede usar el voltaje o la corriente para calcular la cantidad de calor, pero luego debe conocer la resistencia del circuito porque limita la corriente y en realidad provoca el calentamiento. O, conociendo la corriente y el voltaje en un circuito, puede encontrar fácilmente la cantidad de calor generado.
Acción química de la corriente eléctrica.
Electrolitos que contienen iones por corriente eléctrica directa electrolizado — esta es la acción química de la corriente. Los iones negativos (aniones) son atraídos por el electrodo positivo (ánodo) durante la electrólisis, y los iones positivos (cationes) son atraídos por el electrodo negativo (cátodo). Es decir, las sustancias contenidas en el electrolito se liberan durante la electrólisis en los electrodos de la fuente de corriente.
Por ejemplo, un par de electrodos se sumerge en una solución de cierto ácido, álcali o sal, y cuando pasa una corriente eléctrica a través del circuito, se crea una carga positiva en un electrodo y una carga negativa en el otro. Los iones contenidos en la solución comienzan a depositarse en el electrodo con carga inversa.
Por ejemplo, durante la electrólisis del sulfato de cobre (CuSO4), los cationes de cobre Cu2 + con carga positiva se mueven hacia el cátodo con carga negativa, donde reciben la carga faltante y se convierten en átomos de cobre neutros, depositándose en la superficie del electrodo. El grupo hidroxilo -OH donará electrones al ánodo y, como resultado, se liberará oxígeno. Los cationes de hidrógeno cargados positivamente H+ y los aniones SO42- cargados negativamente permanecerán en solución.
La acción química de una corriente eléctrica se utiliza en la industria, por ejemplo, para descomponer el agua en sus componentes (hidrógeno y oxígeno). Además, la electrólisis te permite obtener algunos metales en su forma pura. Con la ayuda de la electrólisis, se aplica una capa delgada de cierto metal (níquel, cromo) a la superficie, eso es todo. revestimiento galvánico etc.
En 1832, Michael Faraday estableció que la masa m de la sustancia liberada en el electrodo es directamente proporcional a la carga eléctrica q que pasa por el electrolito. Si una corriente continua I fluye a través del electrolito durante un tiempo t, entonces se aplica la primera ley de electrólisis de Faraday:
Aquí, el factor de proporcionalidad k se denomina equivalente electroquímico de la sustancia. Es numéricamente igual a la masa de una sustancia liberada cuando una carga eléctrica pasa a través del electrolito y depende de la naturaleza química de la sustancia.
Acción magnética de la corriente eléctrica.
Ante la presencia de una corriente eléctrica en cualquier conductor (en estado sólido, líquido o gaseoso), se observa un campo magnético alrededor del conductor, es decir, el conductor por el que circula la corriente adquiere propiedades magnéticas.
Entonces, si se lleva un imán al cable a través del cual fluye la corriente, por ejemplo, en forma de aguja de brújula magnética, entonces la aguja girará perpendicular al cable, y si enrolla el cable en un núcleo de hierro y pasa un directo corriente a través del cable, el núcleo se convertirá en electroimán.
En 1820, Oersted descubrió el efecto magnético de la corriente en una aguja magnética y Ampere estableció las leyes cuantitativas de la interacción magnética de los cables que transportan corriente.
El campo magnético siempre es generado por corriente, es decir, cargas eléctricas en movimiento, en particular, partículas cargadas (electrones, iones). Las corrientes opuestas se repelen, las unidireccionales se atraen.
Tal interacción mecánica ocurre debido a la interacción de los campos magnéticos de las corrientes, es decir, es ante todo una interacción magnética, y solo entonces, mecánica. Así, la interacción magnética de las corrientes es primaria.
En 1831, Faraday descubrió que un campo magnético cambiante de un circuito genera una corriente en otro circuito: la EMF generada es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético. Es lógico que sea la acción magnética de las corrientes la que se utiliza hasta el día de hoy en todos los transformadores, no solo en los electroimanes (por ejemplo, en los industriales).
Efecto de luz de la corriente eléctrica.
En su forma más simple, el efecto luminoso de una corriente eléctrica se puede observar en una lámpara incandescente, cuya bobina es calentada por la corriente que la atraviesa hasta convertirse en calor blanco y emite luz.
Para una lámpara incandescente, la energía luminosa representa alrededor del 5% de la electricidad suministrada, el 95% restante de la cual se convierte en calor.
Las lámparas fluorescentes convierten la energía actual en luz de manera más eficiente: hasta el 20 % de la electricidad se convierte en luz visible gracias a los fósforos que reciben Radiación ultravioleta de una descarga eléctrica en vapor de mercurio o en un gas inerte como el neón.
El efecto de luz de la corriente eléctrica se realiza de manera más efectiva en los LED. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la unión pn en dirección directa, los portadores de carga (electrones y huecos) se recombinan con la emisión de fotones (debido a la transición de electrones de un nivel de energía a otro).
Los mejores emisores de luz son los semiconductores de espacio directo (es decir, aquellos en los que se permiten transiciones ópticas directas), como GaAs, InP, ZnSe o CdTe. Al cambiar la composición de los semiconductores, se pueden fabricar LED para todo tipo de longitudes de onda, desde el ultravioleta (GaN) hasta el infrarrojo medio (PbS). La eficiencia del LED como fuente de luz alcanza una media del 50%.
Acción mecánica de la corriente eléctrica.
Como se señaló anteriormente, cualquier conductor a través del cual fluye una corriente eléctrica se forma alrededor de sí mismo. campo magnético… Las acciones magnéticas se convierten en movimiento, por ejemplo, en motores eléctricos, en dispositivos magnéticos de elevación, en válvulas magnéticas, en relés, etc.
La acción mecánica de una corriente sobre otra está descrita por la ley de Ampere. Esta ley fue establecida por primera vez por Andre Marie Ampere en 1820 para corriente continua. De ley de amperio de ello se deduce que los cables paralelos con corrientes eléctricas que fluyen en una dirección se atraen y los de direcciones opuestas se repelen.
La ley de Ampere también se conoce como la ley que determina la fuerza con la que un campo magnético actúa sobre un pequeño segmento de un conductor que transporta corriente. La fuerza con la que un campo magnético actúa sobre un elemento de un alambre que lleva corriente en un campo magnético es directamente proporcional a la corriente en el alambre y el elemento vector producto de la longitud del alambre y la inducción magnética.
Este principio se basa en funcionamiento de motores electricos, donde el rotor juega el papel de un marco con una corriente orientada en el campo magnético externo del estator por el par M.